JP2017152579A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device.
MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)や、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体装置は、内部に寄生トランジスタを有する。寄生トランジスタが動作すると半導体装置が破壊される場合があるため、寄生トランジスタは、動作し難いことが望ましい。 Semiconductor devices such as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) have parasitic transistors inside. Since the semiconductor device may be destroyed when the parasitic transistor operates, it is desirable that the parasitic transistor is difficult to operate.
本発明が解決しようとする課題は、寄生トランジスタの動作を抑制できる半導体装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing the operation of a parasitic transistor.
実施形態に係る半導体装置は、第1導電形の第1半導体領域と、第2導電形の第2半導体領域と、第1導電形の第3半導体領域と、第2導電形の第4半導体領域と、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、を有する。
前記第2半導体領域は、前記第1半導体領域の上に設けられている。前記第2半導体領域は、第1部分と、第2部分と、を有する。前記第2部分の下端は、前記第1部分の下端よりも下方に位置している。
前記第3半導体領域は、前記第1部分の上に設けられている。
前記第4半導体領域は、前記第2部分の上に設けられている。前記第4半導体領域の第2導電形のキャリア濃度は、前記第2半導体領域よりも高い。
前記ゲート絶縁層は、前記第2半導体領域と前記ゲート電極との間に設けられている。
The semiconductor device according to the embodiment includes a first conductivity type first semiconductor region, a second conductivity type second semiconductor region, a first conductivity type third semiconductor region, and a second conductivity type fourth semiconductor region. And a gate electrode and a gate insulating layer.
The second semiconductor region is provided on the first semiconductor region. The second semiconductor region has a first portion and a second portion. The lower end of the second part is located below the lower end of the first part.
The third semiconductor region is provided on the first portion.
The fourth semiconductor region is provided on the second portion. The carrier concentration of the second conductivity type of the fourth semiconductor region is higher than that of the second semiconductor region.
The gate insulating layer is provided between the second semiconductor region and the gate electrode.
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
各実施形態の説明には、XYZ直交座標系を用いる。n−形半導体領域1からp形ベース領域2に向かう方向をZ方向(第1方向)とし、Z方向に対して垂直であって相互に直交する2方向をX方向及びY方向(第2方向)とする。
以下の説明において、n+、n、n−及びp+、p、p−の表記は、各導電形における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、「+」が付されている表記は、「+」および「−」のいずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に高く、「−」が付されている表記は、いずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に低いことを示す。
以下で説明する各実施形態について、各半導体領域のp形とn形を反転させて各実施形態を実施してもよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
In the present specification and each drawing, the same elements as those already described are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
In the description of each embodiment, an XYZ orthogonal coordinate system is used. A direction from the n − -
In the following description, the notation of n + , n, n − and p + , p, p − represents the relative level of the impurity concentration in each conductivity type. That is, the notation with “+” has a relatively higher impurity concentration than the notation without both “+” and “−”, and the notation with “−” It shows that the impurity concentration is relatively lower than the notation.
About each embodiment described below, each embodiment may be implemented by inverting the p-type and n-type of each semiconductor region.
図1は、実施形態に係る半導体装置100の一部を表す斜視断面図である。
半導体装置100は、MOSFETである。
図1に表すように、半導体装置100は、n+形(第1導電形)ドレイン領域7、n−形半導体領域1(第1半導体領域)、p形(第2導電形)ベース領域2(第2半導体領域)、n+形ソース領域3(第3半導体領域)、p+形コンタクト領域4(第4半導体領域)、ゲート電極10、ゲート絶縁層11、ドレイン電極31、およびソース電極32を有する。
FIG. 1 is a perspective sectional view showing a part of the
The
As shown in FIG. 1, the
ドレイン電極31は、半導体装置100の下面に設けられている。
n+形ドレイン領域7は、ドレイン電極31の上に設けられ、ドレイン電極31と電気的に接続されている。
n−形半導体領域1は、n+形ドレイン領域7の上に設けられている。
p形ベース領域2は、n−形半導体領域1の上に設けられている。p形ベース領域2は、X方向において複数設けられ、それぞれがY方向に延びている。
The
The n + -
The n − type semiconductor region 1 is provided on the n + type drain region 7.
The p-
p形ベース領域2は、第1部分2aと、第2部分2bと、を有する。
第2部分2bの下端は、第1部分2aの下端よりも、下方に位置している。換言すると、第2部分2bの下端とソース電極32との間のZ方向における距離は、第1部分2aの下端とソース電極32との間のZ方向における距離よりも長い。また、n−形半導体領域1と第2部分2bとの間のpn接合面は、n−形半導体領域1と第1部分2aとの間のpn接合面よりも、下方に位置している。
The p-
The lower end of the
第2部分2bにおけるp形不純物濃度は、例えば、第1部分2aにおけるp形不純物濃度と等しい。あるいは、第2部分2bにおけるp形不純物濃度が、第1部分2aにおけるp形不純物濃度よりも高くてもよい。
The p-type impurity concentration in the
n+形ソース領域3は、第1部分2aの上に設けられている。
p+形コンタクト領域4は、第2部分2bの上に設けられている。
図1に表す例では、第1部分2aと第2部分2bが、Y方向において交互に設けられている。このため、n+形ソース領域3およびp+形コンタクト領域4も同様に、Y方向において交互に設けられている。
The n + -type source region 3 is provided on the
The p + -type contact region 4 is provided on the
In the example shown in FIG. 1, the
ゲート電極10は、X方向においてp形ベース領域2と並んでいる。ゲート電極10とp形ベース領域2との間には、ゲート絶縁層11が設けられている。ゲート電極10は、X方向において複数設けられ、それぞれがY方向に延びている。
The
ソース電極32は、半導体装置100の上面に設けられ、ゲート電極10、n+形ソース領域3、およびp+形コンタクト領域4の上に位置している。ソース電極32は、n+形ソース領域3およびp+形コンタクト領域4と電気的に接続されている。また、ソース電極32とゲート電極10との間には、ゲート絶縁層11が設けられ、これらの電極は電気的に分離されている。
The
ここで、半導体装置100の動作について説明する。
ドレイン電極31に、ソース電極32に対して正の電圧が印加された状態で、ゲート電極10に閾値以上の電圧が印加されると、半導体装置がオン状態となる。このとき、p形ベース領域2のゲート絶縁層11近傍の領域にチャネル(反転層)が形成される。
その後、ゲート電極10に印加される電圧が閾値未満になると、チャネルが消失し、半導体装置がオン状態からオフ状態に切り替わる。このとき、半導体装置100が接続された電気回路におけるインダクタンス成分により、ソース電極32に対してドレイン電極31にサージ電圧が発生する。ドレイン電極31に一時的に大きな電圧が加わることで、ゲート絶縁層11の下端近傍などの電界強度が高い部分で、インパクトイオン化が発生する。インパクトイオン化によって発生した電子は、n−形半導体領域1およびn+形ドレイン領域7を通ってドレイン電極31から排出され、正孔は、p+形コンタクト領域4を通ってソース電極32から排出される。
Here, the operation of the
When a positive voltage or higher is applied to the
After that, when the voltage applied to the
次に、各構成要素の材料の一例を説明する。
n+形ドレイン領域7、n−形半導体領域1、p形ベース領域2、n+形ソース領域3、およびp+形コンタクト領域4は、半導体材料として、シリコン、炭化シリコン、窒化ガリウム、またはガリウムヒ素を含む。半導体材料としてシリコンが用いられる場合、n形不純物としては、ヒ素、リン、またはアンチモンを用いることができる。p形不純物としては、ボロンを用いることができる。
ゲート電極10は、ポリシリコンなどの導電材料を含む。
ゲート絶縁層11は、酸化シリコンなどの絶縁材料を含む。
ドレイン電極31およびソース電極32は、アルミニウムやニッケルなどの金属を含む。
Next, an example of the material of each component will be described.
The n + -
The
The
The
次に、実施形態に係る半導体装置100の製造方法の一例を説明する。
図2および図3は、実施形態に係る半導体装置100の製造工程を表す工程斜視断面図である。
Next, an example of a method for manufacturing the
2 and 3 are process perspective sectional views showing the manufacturing process of the
まず、n+形半導体層7aと、n−形半導体層1aと、を有する半導体基板を用意する。次に、n−形半導体層1aの表面にp形不純物をイオン注入し、p形ベース領域2を形成する。このとき、p形ベース領域2の一部の下端が、他の一部の下端よりも下方に位置するように、p形ベース領域2を形成する。これにより、図2(a)に表すように、第1部分2aおよび第2部分2bを有するp形ベース領域2が形成される。
First, a semiconductor substrate having an n + -type semiconductor layer 7a and an n − -
このようなp形ベース領域2は、例えば、n−形半導体層1aの表面の一部に対して、他の部分よりも深くにp形不純物をイオン注入することで、形成される。
あるいは、n−形半導体層1aの表面の一部に、他の部分よりも多量のp形不純物をイオン注入することで、p形ベース領域2を形成してもよい。多量のp形不純物がイオン注入された領域では、p形不純物がより下方まで拡散するためである。この方法でp形ベース領域2を形成した場合、第2部分2bにおけるp形不純物濃度は、第1部分2aにおけるp形不純物濃度よりも高くなる。
Such a p-
Alternatively, the p-
次に、p形ベース領域2を貫通し、n−形半導体層1aに達する複数のトレンチを形成する。続いて、熱酸化を行うことで、トレンチの内壁およびp形ベース領域2の上面に絶縁層IL1を形成する。続いて、絶縁層IL1の上に導電層を形成する。この導電層をエッチバックすることで、図2(b)に表すように、各トレンチの内部にゲート電極10が形成される。
Next, a plurality of trenches that penetrate the p-
次に、第1部分2aの表面にn形不純物をイオン注入し、第2部分2bの表面にp形不純物をイオン注入する。これにより、図3(a)に表すように、第1部分2aの上にn+形ソース領域3が形成され、第2部分2bの上にp+形コンタクト領域4が形成される。
Next, n-type impurities are ion-implanted into the surface of the
次に、絶縁層IL1の上に、ゲート電極10を覆う絶縁層IL2を形成する。続いて、絶縁層IL1およびIL2をパターニングすることで、n+形ソース領域3およびp+形コンタクト領域4を露出させる。続いて、パターニングされた絶縁層IL1およびIL2を覆う金属層を形成する。この金属層をパターニングすることで、図3(b)に表すように、ソース電極32が形成される。
Next, an insulating layer IL2 that covers the
次に、n+形半導体層7aが所定の厚みになるまで、n+形半導体層7aの裏面を研削する。その後、n+形半導体層7aの裏面にドレイン電極31を形成することで、図1に表す半導体装置100が得られる。
Next, the back surface of the n + -type semiconductor layer 7a is ground until the n + -type semiconductor layer 7a has a predetermined thickness. Thereafter, the
ここで、本実施形態による作用および効果について説明する。
本実施形態に係る半導体装置では、p形ベース領域2が、第1部分2aおよび第2部分2bを有する。そして、p+形コンタクト領域4の下に位置する第2部分2bの下端が、n+形ソース領域3の下に位置する第1部分2aの下端よりも、下方に位置している。
半導体装置がこのような構造を有する場合、ゲート絶縁層11の下端近傍のインパクトイオン化によって発生した正孔は、p形ベース領域2に向かって流れる際に、第1部分2aの下端よりも第2部分2bの下端に向けて引き寄せられる。正孔が第2部分2bに引き寄せられることで、第2部分2bを通ってp+形コンタクト領域4に流れる正孔の量を増加させ、第1部分2aを通ってp+形コンタクト領域4に流れる正孔の量を減少させることができる。n+形ソース領域3の下に位置する第1部分2aを流れる正孔の量を減少させることで、第1部分2aにおける電圧の上昇を抑制することができる。
このため、本実施形態によれば、n−形半導体領域1、p形ベース領域2(第1部分2a)、およびn+形ソース領域3から構成される寄生npnトランジスタの動作を抑制し、半導体装置の破壊耐量を向上させることが可能となる。
Here, the operation and effect of this embodiment will be described.
In the semiconductor device according to the present embodiment, the p-
When the semiconductor device has such a structure, holes generated by impact ionization near the lower end of the
Therefore, according to this embodiment, n - suppressing the operation of the formed parasitic npn transistor from
このとき、第2部分2bにおけるp形不純物濃度を、第1部分2aにおけるp形不純物濃度よりも高くすることで、第2部分2bにおける正孔に対する抵抗を、第1部分2aよりも小さくすることができる。このため、第1部分2aを通ってp+形コンタクト領域4に流れる正孔の量をさらに減少させ、半導体装置の破壊耐量をより一層向上させることが可能となる。
At this time, by making the p-type impurity concentration in the
(第1変形例)
図4は、実施形態の第1変形例に係る半導体装置110の一部を表す斜視断面図である。
半導体装置110では、ゲート電極10同士の間で、第1部分2aおよび第2部分2bがX方向に並び、それぞれがY方向に延びている。同様に、第1部分2aの上のn+形ソース領域3および第2部分2bの上のp+形コンタクト領域4も、Y方向に延びている。
(First modification)
FIG. 4 is a perspective cross-sectional view showing a part of the
In the
本変形例においても、第2部分2bの下端が、第1部分2aの下端よりも、下方に位置している。そして、n+形ソース領域3が第1部分2aの上に設けられ、p+形コンタクト領域4が第2部分2bの上に設けられている。このため、半導体装置100と同様に、寄生トランジスタの動作を抑制し、半導体装置の破壊耐量を向上させることが可能である。
Also in this modification, the lower end of the
(第2変形例)
図5(a)および図5(b)は、実施形態の第2変形例に係る半導体装置120の一部を表す平面図である。
図6(a)は、図5のA−A’断面を含む斜視断面図であり、図6(b)は、図5のB−B’断面を含む斜視断面図である。
なお、図5(a)および図5(b)では、ゲート絶縁層11およびソース電極32が省略されている。また、図5(b)では、ゲート電極10の外縁のみを破線で表し、ゲート電極10を透過させて表している。
(Second modification)
FIG. 5A and FIG. 5B are plan views showing a part of the
6A is a perspective sectional view including the AA ′ section of FIG. 5, and FIG. 6B is a perspective sectional view including the BB ′ section of FIG. 5.
In FIG. 5A and FIG. 5B, the
図1〜図4で説明した半導体装置100および110は、ゲート電極10およびゲート絶縁層11が半導体領域中に設けられた、トレンチ型ゲート構造を有している。
これに対して、図5および図6に表す半導体装置120は、ゲート電極10が半導体領域の上にゲート絶縁層11を介して設けられた、プレーナ型ゲート構造を有している。
The
In contrast, the
図6に表すように、p形ベース領域2は、n−形半導体領域1の上に選択的に設けられている。p形ベース領域2は、X方向において複数設けられ、それぞれがY方向に延びている。
n+形ソース領域3およびp+形コンタクト領域4は、p形ベース領域2の上に選択的に設けられている。
As shown in FIG. 6, the p-
The n + -type source region 3 and the p + -type contact region 4 are selectively provided on the p-
図5に表すように、p+形コンタクト領域4は、Y方向に延びている。
n+形ソース領域3は、X方向において、互いに離間して複数設けられている。
ゲート電極10は、n−形半導体領域1、p形ベース領域2、およびn+形ソース領域3の上にゲート絶縁層11を介して設けられ、Y方向に延びている。
As shown in FIG. 5, the p + -type contact region 4 extends in the Y direction.
A plurality of n + -type source regions 3 are provided apart from each other in the X direction.
The
図6(a)および図6(b)に表すように、半導体装置120では、第1部分2aと第2部分2bとが、X方向において交互に設けられている。
p+形コンタクト領域4は、第1部分2aおよび第2部分2bの両方の上に設けられているのに対して、n+形ソース領域3は、第1部分2aの上にのみ設けられている。
As shown in FIGS. 6A and 6B, in the
The p + -type contact region 4 is provided on both the
半導体装置がプレーナ型ゲート構造を有する場合、ドレイン電極31にサージ電圧が印加された際には、主に、p形ベース領域2の下端でインパクトイオン化が発生する。このとき、第2部分2bの下端を第1部分2aの下端よりも下方に位置させることで、インパクトイオン化が、第1部分2aの下端よりも第2部分2bの下端で発生しやすくなる。
第2部分2bの下端で発生した正孔は、そのまま上方へ移動し、p+形コンタクト領域4を通ってソース電極31へ排出される。すなわち、インパクトイオン化が第2部分2bの下端で発生し易くなることで、第1部分2aを通ってp+形コンタクト領域4に流れる正孔の量を減少させることができる。
このため、本変形例によっても、半導体装置100および110と同様に、寄生トランジスタの動作を抑制し、半導体装置の破壊耐量を向上させることが可能である。
When the semiconductor device has a planar gate structure, impact ionization occurs mainly at the lower end of the p-
Holes generated at the lower end of the
For this reason, also by this modification, like the
(第3変形例)
図7は、実施形態の第3変形例に係る半導体装置130の一部を表す斜視断面図である。
半導体装置130は、半導体装置120との比較において、さらにp−形ピラー領域8を有する点で異なる。
(Third Modification)
FIG. 7 is a perspective cross-sectional view illustrating a part of a
The
図7に表すように、p−形ピラー領域8は、n−形半導体領域1中に設けられ、X−Y面に沿ってn−形半導体領域1に囲まれている。p形ベース領域2は、p−形ピラー領域8の上に設けられている。
また、n−形半導体領域1の一部とp−形ピラー領域8とは、X方向において交互に設けられており、スーパージャンクション構造(以下、SJ構造という)を構成している。
As represented in FIG. 7, p -
Further, a part of the n − -
p−形ピラー領域8を設けてSJ構造を構成することで、半導体装置の耐圧を高めることができる。すなわち、本変形例によれば、第2変形例に比べて、半導体装置の耐圧をさらに高めることが可能である。
By providing the p − -
なお、図7では、p−形ピラー領域8が、n−形半導体領域1の上部のみとX方向において並んでいるが、p−形ピラー領域8は、さらにn−形半導体領域1の下部とX方向において並んでいても良い。すなわち、p−形ピラー領域8は、n−形半導体領域1中を−Z方向に延び、n+形ドレイン領域7と接していても良い。
In FIG. 7, the p − -
(第4変形例)
図8(a)および図8(b)は、実施形態の第4変形例に係る半導体装置140の一部を表す平面図である。
図9は、図8のA−A’断面を含む斜視断面図である。
なお、図8では、ゲート絶縁層11およびソース電極32が省略されている。また、図8(b)では、ゲート電極10の外縁のみを破線で表し、ゲート電極10を透過させて表している。
(Fourth modification)
FIG. 8A and FIG. 8B are plan views showing a part of a
FIG. 9 is a perspective sectional view including the AA ′ section of FIG. 8.
In FIG. 8, the
図8(b)および図9に表すように、半導体装置140では、p形ベース領域2が、n−形半導体領域1の上において、X方向およびY方向に複数設けられている。
n+形ソース領域3は、p形ベース領域2の上に環状に設けられ、p+形コンタクト領域4は、n+形ソース領域3の内側に設けられている。
ゲート電極10は、X方向およびY方向に沿って広がっている。また、図8(a)に表すように、n+形ソース領域3およびp+形コンタクト領域4に対応して形成された複数の開口OPを有する。
n+形ソース領域3およびp+形コンタクト領域4は、開口OPを通してソース電極32と電気的に接続されている。
As shown in FIGS. 8B and 9, in the
The n + -type source region 3 is provided in a ring shape on the p-
The
The n + -type source region 3 and the p + -type contact region 4 are electrically connected to the
半導体装置140では、第1部分2aは、n+形ソース領域3と同様に環状に設けられている。また、第2部分2bは、第1部分2aの内側に設けられ、第1部分2aに囲まれている。
In the
本変形例においても、n+形ソース領域3は第1部分2aの上に設けられ、p+形コンタクト領域4は第2部分2bの上に設けられているため、半導体装置100〜130と同様に、半導体装置の破壊耐量を向上させることが可能である。
なお、半導体装置130と同様に、半導体装置140に対してp形ベース領域2の下にp−形ピラー領域8を設け、SJ構造を構成することも可能である。
Also in this modification, the n + -type source region 3 is provided on the
Similar to the
(第5変形例)
図10は、実施形態の第5変形例に係る半導体装置150の一部を表す斜視断面図である。
半導体装置150は、IGBTである。
半導体装置150は、半導体装置100との比較において、n形バリア領域6(第6半導体領域)をさらに有し、n+形ドレイン領域7に代えてp+形コレクタ領域5(第5半導体領域)およびn形フィールドストップ領域(以下、n形FS領域という)9を有する点で異なる。また、半導体装置150では、電極31は、コレクタ電極として機能し、電極32は、エミッタ電極として機能する。
(5th modification)
FIG. 10 is a perspective cross-sectional view illustrating a part of a
The
In comparison with the
p+形コレクタ領域5は、コレクタ電極31の上に設けられ、コレクタ電極31と電気的に接続されている。
n形FS領域9は、p+形コレクタ領域5の上に設けられている。
n−形半導体領域1は、n形FS領域9の上に設けられている。
n−形半導体領域1の上であって、ゲート電極10同士の間には、n形バリア領域6が設けられている。
p形ベース領域2は、n形バリア領域6の上に設けられている。
The p + -type collector region 5 is provided on the
The n-
The n − type semiconductor region 1 is provided on the n
An n-
The p-
p形ベース領域2は、第1部分2aおよび第2部分2bを有する。
また、n形バリア領域6は、第3部分6cおよび第4部分6dを有する。
第1部分2aは、第3部分6cの上に設けられ、n+形ソース領域3は、第1部分2aの上に設けられている。
第2部分2bは、第4部分6dの上に設けられ、p+形コンタクト領域4は、第2部分2bの上に設けられている。
The p-
The n-
The
The
第2部分2bの下端は、第1部分2aの下端よりも下方に位置し、第4部分6dの上端は、第3部分6cの上端よりも下方に位置している。すなわち、第2部分2bと第4部分6dとの間のpn接合面は、第1部分2aと第3部分6cとの間のpn接合面よりも下方に位置している。
The lower end of the
半導体装置150においても、オン状態からオフ状態にスイッチングした際に、コレクタ電極31にサージ電圧が発生し、ゲート絶縁層11の下端近傍においてインパクトイオン化が発生する。このため、第2部分2bの下端を、第1部分2aの下端よりも下方に位置させることで、半導体装置100と同様に、寄生npnトランジスタの動作を抑制し、半導体装置の破壊耐量を向上させることができる。
Also in the
また、図10に表すように、第4部分6dの厚みを、第3部分6cの厚みよりも薄くすることで、第4部分6dにおける正孔に対する抵抗を、第3部分6cにおける正孔に対する抵抗よりも小さくすることができる。このため、第3部分6cの上に設けられた第1部分2aを流れる正孔の量をさらに減少させることができる。
このとき、第4部分6dにおけるn形不純物濃度を、第3部分6cにおけるn形不純物濃度よりも低くすることで、第4部分6dにおける抵抗を、第3部分6cにおける抵抗よりもさらに小さくすることが可能である。
Further, as shown in FIG. 10, by reducing the thickness of the
At this time, by making the n-type impurity concentration in the
また、第4部分6dの下端を、第3部分6cの下端よりも下方に設けることで、第3部分6cに流れ込む正孔の量を減少させ、第4部分6dに向けて流れ込む正孔の量を増加させることができる。このため、第1部分2aを流れる正孔の量をより一層低減させることが可能となる。
Further, by providing the lower end of the
(第6変形例)
図11は、実施形態の第6変形例に係る半導体装置160の一部を表す斜視断面図である。
半導体装置160は、p+形コンタクト領域4の下(第2部分2bの下)にn形バリア領域6が設けられていない点で、半導体装置150と異なる。すなわち、n形バリア領域6は、n+形ソース領域3の下(第1部分2aの下)にのみ設けられている。
p+形コンタクト領域4の下にn形バリア領域6が設けられていないことで、正孔はn形バリア領域6同士の間を通り、第2部分2bに流れ込みやすくなる。このため、本変形例によれば、第5変形例に比べて、第1部分2aを流れる正孔の量をさらに減少させ、半導体装置の破壊耐量をより一層向上させることが可能である。
(Sixth Modification)
FIG. 11 is a perspective cross-sectional view showing a part of a
The
Since the n-
第5変形例および第6変形例では、IGBTである半導体装置150および160が、トレンチ型ゲート構造を有する場合にのみついて説明した。しかし、本実施形態は、IGBTが、第2変形例〜第4変形例のように、プレーナ型ゲート構造を有する場合についても、適用可能である。すなわち、半導体装置120および140において、n+形ドレイン領域7に代えてp+形コレクタ領域5およびn形FS領域9を設け、n形バリア領域6をベース領域2の下に設けることで、IGBTとして用いることも可能である。
In the fifth and sixth modifications, only the case where the
以上で説明した各実施形態における、各半導体領域の間の不純物濃度の相対的な高低については、例えば、SCM(走査型静電容量顕微鏡)を用いて確認することが可能である。なお、各半導体領域におけるキャリア濃度は、各半導体領域において活性化している不純物濃度と等しいものとみなすことができる。従って、各半導体領域の間のキャリア濃度の相対的な高低についても、SCMを用いて確認することができる。
また、各半導体領域における不純物濃度については、例えば、SIMS(二次イオン質量分析法)により測定することが可能である。
The relative level of the impurity concentration between the semiconductor regions in each of the embodiments described above can be confirmed using, for example, an SCM (scanning capacitance microscope). The carrier concentration in each semiconductor region can be regarded as being equal to the impurity concentration activated in each semiconductor region. Therefore, the relative level of the carrier concentration between the semiconductor regions can also be confirmed using the SCM.
The impurity concentration in each semiconductor region can be measured by, for example, SIMS (secondary ion mass spectrometry).
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態に含まれる、例えば、n−形半導体領域1、p形ベース領域2、n+形ソース領域3、p+形コンタクト領域4、p+形コレクタ領域5、n形バリア領域6、n+形ドレイン領域7、p−形ピラー領域8、n形FS領域9、ゲート電極10、ゲート絶縁層11、電極31、および電極32などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の技術から適宜選択することが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. For example, the n − -type semiconductor region 1, the p-
100〜160…半導体装置、 1…n−形半導体領域、 2…p形ベース領域、 3…n+形ソース領域、 4…p+形コンタクト領域、 5…p+形コレクタ領域、 6…n形バリア領域、 7…n+形ドレイン領域、 10…ゲート電極、 31、32…電極 100-160 ... semiconductor device, 1 ... n - type semiconductor region, 2 ... p-type base region, 3 ... n + -type source region, 4 ... p + -type contact region, 5 ... p + form collector region, 6 ... n-type Barrier region, 7... N + type drain region, 10... Gate electrode, 31, 32.
Claims (5)
第1部分と、
下端が、前記第1部分の下端よりも下方に位置する第2部分と、
を有し、前記第1半導体領域の上に設けられた第2導電形の第2半導体領域と、
前記第1部分の上に設けられた第1導電形の第3半導体領域と、
前記第2部分の上に設けられ、前記第2半導体領域よりも第2導電形のキャリア濃度が高い第2導電形の第4半導体領域と、
ゲート電極と、
前記第2半導体領域と前記ゲート電極との間に設けられたゲート絶縁層と、
を備えた半導体装置。 A first semiconductor region of a first conductivity type;
A first part;
A second portion having a lower end positioned below the lower end of the first portion;
A second semiconductor region of the second conductivity type provided on the first semiconductor region;
A third semiconductor region of a first conductivity type provided on the first portion;
A fourth semiconductor region of a second conductivity type provided on the second portion and having a carrier concentration of the second conductivity type higher than that of the second semiconductor region;
A gate electrode;
A gate insulating layer provided between the second semiconductor region and the gate electrode;
A semiconductor device comprising:
第1導電形の第6半導体領域と、
をさらに備え、
前記第1半導体領域は、前記第5半導体領域の上に設けられ、
前記第6半導体領域は、前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間に設けられ、
前記第6半導体領域における第1導電形のキャリア濃度は、前記第1半導体領域における第1導電形のキャリア濃度よりも高い請求項1記載の半導体装置。 A fifth semiconductor region of the second conductivity type;
A sixth semiconductor region of the first conductivity type;
Further comprising
The first semiconductor region is provided on the fifth semiconductor region,
The sixth semiconductor region is provided between the first semiconductor region and the second semiconductor region,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a carrier concentration of the first conductivity type in the sixth semiconductor region is higher than a carrier concentration of the first conductivity type in the first semiconductor region.
前記第1半導体領域と前記第1部分との間に設けられた第3部分と、
前記第1半導体領域と前記第2部分との間に設けられた第4部分と、
を有し、
前記第3部分における第1導電形のキャリア濃度は、前記第4部分における第1導電形のキャリア濃度よりも高い請求項2記載の半導体装置。 The sixth semiconductor region includes
A third portion provided between the first semiconductor region and the first portion;
A fourth portion provided between the first semiconductor region and the second portion;
Have
The semiconductor device according to claim 2, wherein a carrier concentration of the first conductivity type in the third portion is higher than a carrier concentration of the first conductivity type in the fourth portion.
前記第1半導体領域と前記第1部分との間に設けられた第3部分と、
前記第1半導体領域と前記第2部分との間に設けられた第4部分と、
を有し、
前記第3部分の、前記第1半導体領域から前記第2半導体領域に向かう第1方向における厚みは、前記第4部分の前記第1方向における厚みよりも厚い請求項2記載の半導体装置。 The sixth semiconductor region includes
A third portion provided between the first semiconductor region and the first portion;
A fourth portion provided between the first semiconductor region and the second portion;
Have
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein a thickness of the third portion in a first direction from the first semiconductor region toward the second semiconductor region is larger than a thickness of the fourth portion in the first direction.
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